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Physical
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2515252A1
Family ID 17433977
Probable Assignee Voith Turbo Kg
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title DISPOSITION DESTINEE A AMELIORER LES CONTRAINTES THERMIQUES
DES TURBOMACHINES
Abstract
_________________________________________________________________
L'INVENTION EST DU DOMAINE DES TURBOMACHINES.
LA ROUE A AUBES D'UNE TURBINE, EN PARTICULIER DANS LE CAS D'UN
EMBRAYAGE OU D'UN FREIN HYDRODYNAMIQUE POSSEDE UNE COURONNE D'AUBES 13
AVEC, PLACEE RADIALEMENT A L'INTERIEUR DE CELLE-CI, UNE BRIDE 14.
CETTE DERNIERE SERT A FIXER LA ROUE A AUBES 11 SUR UN ARBRE, UN MOYEU
OU SIMILAIRE. UNE TELLE ROUE A AUBES PEUT TOURNER, LE CAS ECHEANT, A
TRES GRANDE VITESSE; D'AUTRE PART ELLE PEUT ETRE SOUMISE PAR MOMENTS A
UNE CHARGE THERMIQUE IMPORTANTE. AFIN DE REDUIRE LES CONTRAINTES
ELEVEES QUI EN RESULTENT POUR LES MATERIAUX DANS LA ZONE DE PASSAGE
ENTRE LA COURONNE D'AUBES 13 ET LA BRIDE 14, ON PREVOIT UNE COUCHE
D'ISOLANT THERMIQUE 16 ENTRE LA BRIDE 14 ET UNE BRIDE 15 DE L'ARBRE
19.
APPLICATION AUX EMBRAYAGES, AUX FREINS, AUX CONVERTISSEURS DE COUPLE
ET AUTRES TURBOMACHINES HYDRAULIQUES.
Description
_________________________________________________________________
L'invention concerne une roua a aubes de turbine, ou turbomachine, du
type comportant une couronne d'aubes et une bride placee sur
l'interieur du rayon de la couronne a aubes, cette bride servant a
fixer la roue a aubes sur la piece voisine de la couronne a aubes, par
exemple sur un arbre Elle peut notamment etre appliquee aux roues a
aubes d'embrayages, de freins ou de convertisseurs de couple
hydrodynamique.
Les embrayages hydrodynamiques de ce type sont bien connus, par
exemple par les brevets allemands
883 987 et 1 600 974 Bien que les roues a aubes de tels em- brayages
hydrodynamiques puissent, le cas echeant, etre soumises a des vitesses
de rotation tres elevees et par consequent etre fortement sollicitees,
ces embrayages se sont parfaitement-com- portes depuis des decennies
Un avantage important d'un em- brayage hydrodynamique reside dans le
fait que dans le cas o on l'emploie pour transmettre un effort d'une
machine motrice vers une machine receptriceon peut obtenir une mise en
mouve- ment tres progressive, meme si les masses a mettre en mouve-
ment sont importantes De plus la machine motrice peut prendre de la
vitesse sous une charge faible, apres quoi l'embrayage hydrodynamique
chargera la machine motrice avec un couple de rotation sensiblement
constant.
Dans ces conditions, et dans un tel processus de demarrage,
l'embrayage hydrodynamique travail- le tout d'abord avec un glissement
eleve Cela signifie que, pendant un certain temps, il y a une perte
d'energie importan- te qui se traduit par un echauffement du fluide
hydraulique de l'embrayage.
Des conditions similaires existent dans le cas du frein
hydrodynamique, dont on sait qu'il tra- vaille cependant presque
toujours avec un glissement de 100 percent.
Il est bien connu que pour dissi- per la deperdition de chaleur, on
peut prevoir, par exemple, un circuit de refroidissement exterieur
pour le fluide hydrau- lic, c'est-a-dire qu'on soutire en permanence
une partie du fluide de travail a l'embrayage ou au frein et qu'on le
lui restitue apres passage dans un dispositif de refroidissement.
Dans beaucoup de cas, notamment pour des embrayages hydrodynamiques,
le cout d'un circuit de refroidissement exterieur est demesure C'est
la raison pour laquelle de nombreux embrayages hydrodynamiques sont
realises sans circuit de refroidissement exterieur A la restriction
pres que l'utilisation avec glissement eleve doit etre limitee afin
d'eviter un apport calorifique excessif Par mesure de securite, on
pourra prevoir dans ce cas un dispositif de vi- dange automatique qui
permettra l'evacuation vers l'exterieur du fluide hydraulique en cas
de depassement d'un certain seuil de temperature Cela signifie
cependant dans beaucoup de cas une interruption d'activite qui n'est
pas souhaitee.
Un autre probleme dans l'emploi d'embrayages(ou de freins)
hydrodynamiquesreside dans le fait suivant: la roue a aubes de tels
embrayages -ou freins com- porte couramment une bride de fixation sur
l'interieur du rayon Des etudes ont montre que, dans la zone de
passage de cette bride vers la couronne d'aubes, des contraintes
telle- ment elevees apparaissent dans le materiau, qu'on depasse les
limites admissibles On a essaye de resoudre ce probleme en ameliorant
les formes ou en employant des materiaux supportant des charges plus
importantes sans obtenir le succes escompte.
L'invention se donne pour tache de proposer une disposition permettant
d'eviter, pour un cout aussi reduit que possible, l'apparition dans le
materiau de contraintes inacceptables dans la zone de passage situee
entre la bride centrale et la couronne d'aubes.
Cette tache trouve sa solution conformement a l'invention dans
l'emploi d'une couche, d'iso- lant thermique situee entre la bride de
la roue a aubes et la piece voisine (par exemple arbre ou moyeu) sur
laquelle est fixee la roue a aubes.
L'invention est basee sur la cons- tatation suivante expliquee sur
l'exemple d'un embrayage hydro- dynamique: les deux couronnes a aubes
d'un embrayage hydrody- namique presentent une grande surface irriguee
par le fluide actif Lors du processus de demarrage, le fluide
hydraulique qui s'echauffe rapidement s'ecoule a grande vitesse sur la
sur- fi.ce de la roue a aubes Dans ces conditions la masse de la roue
a aubes s'echauffe tres rapidement Par contre, la masse de l'arbre (ou
du moyeu) sur lequel est fixee la roue grace a sa bride, s'echauffe
beaucoup plus lentement parce que la sur- face de l'arbre (ou moyeu)
en contact avec le fluide hydrauli- que ne represente qu'une petite
fraction (par exemple de l'or- dre de 1/30) de la surface
correspondante de la couronne a au- bes Ceci semble avoir pour
consequence que l'arbre (ou le moyeu) absorbe la chaleur contenue dans
la bride de la roue a aubes ce qui fait que la temperature de la bride
se stabilise a une valeur nettement inferieure a celle de la couronne
a au- bes Ceci pourrait conduire a l'apparition de contraintes ther-
miques elevees dans la zone de passage entre bride et couronnes a
aubes et qui s'ajoutent aux contraintes d'exploitation pure- ment
mecaniques On obtient de cette facon,dans le materiau, les
sollicitations inadmissibles mentionnees plus haut.
L'action de la couche d'isolant thermique prevue conformement a
l'invention entre la bride de la roue a aubes et l'arbre (ou le moyeu)
resulte de ce qu'on retire beaucoup moins de chaleur a la bride lors
d'un echauf- fement de la roue a aubes De cette facon, on evite de
facon importante l'apparition d'une contrainte thermique dans la zone
de passage comprise entre la bride et la couronne d'aubes et on evite
le risque d'une sollicitation trop importante du mate- riau.
Un exemple de realisation de l'in- vention est decrit ci-apres en
relation avec la figure unique annexee qui represente un embrayage
hydrodynamique selon une coupe longitudinale partielle -
Les pieces essentielles de l'em- brayage hydrodynamique represente
sont: un arbre d'entrainement 9, une roue a aubes 10 fixee a celui-ci,
une cage d'embrayage 12, puis un arbre d'entrainement 19 sur lequel
est fixee une roue a aubes de turbine 11 La roue a aubes de turbine il
comprend,. comme habituellement, une couronne d'aubes (l'une des aubes
porte le repere 13) et une bride de fixation 14; Une bride 15
251525 R correspondante est amenage sur l'arbre d'entrainement 19 Les
deux brides 14 et 15 sont assujettiesl'une a l'autre a l'aide des vis
8 Conformement a l'invention, une rondelle d'isolant thermique 16 dont
l'effet est decrit plus haut, est prevue en- tre les deux brides 14 et
15. Le diametre interieur de la bride 14 de la roue a aubes realise
comme d'habitude une surface de centrage cylindrique positionnant la
roue a aubes sur l'arbre 19 Theoriquement, il serait possible de
prevoir, la aussi, une isolation thermique Il s'est avere cependant,
qu'en regle generale, une telle mesure supplementaire n'est pas
necessaire.
Il peut toutefois s'averer utile de rendre la longueur axiale de la
surface de centrage inferieure a l'epaisseur de la bride 14, pour
reduire encore davantage l'echange thermique avec l'arbre 19 Pour la
meme raison, il peut aussi etre interessant d'intercaler des rondelles
realisees dans un materiau isolant entre les tetes des vis 8 et la
bride 14.
Dans la disposition constructive representee, il s'avere generalement
suffisant de ne prevoir qu'une rondelle isolante 16 sur la roue a
aubes interieure 11.
Si necessaire on peut egalement prendre la meme mesure sur l'autre
roue a aubes, comme par exemple celle de la disposition constructive
conforme au brevet allemand DE 1 600 974.
Claims
_________________________________________________________________
R E V E N D I C A T I ON S
1. Roue a aubes de turbomachine, d'un embrayage ou d'un
freinhydrodynamique ou encore d'un convertisseur de couple
hy-drodynamique, comportant une couronne d'aubes et une bri-de placee
sur l'interieur du rayon de la couronne a aubes, cette bride servant a
fixer la roue a aubes sur la piece voisine de la couronne a aubes, par
exemple sur un arbre, caracterisee: par le fait qu'elle comporte une
couche d'isolant thermique ( 16) entre la bride 14 et la piece voisine
( 15,19);
2. Roue a aubes conforme a la revendication 1, caracterisee:par le
fait que la couche d'iso-lant thermique est constituee par une
rondelle isolante ( 16).
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